再 生 有 色 金 属 冶 金 论 文
班级：冶金093班 学号：31 姓名：胡振华 指导老师：申邦坡
铝的再生冶
摘要：:我国正处于下业化中期，对铝资源的需求越来越大，发展循环经济，提高再生铝的利用率，成为我国铝下业发展的必然选择。当前的世界金融危机，对我国再生铝行业的发展提供了机遇和挑战，我国应该抓住机遇，勇于面对挑战，实现该行业的快速发展。本文通过我国再生铝生产状况进行分析怎样再生铝得到更好的利用。
关键字：金融危机，再生铝，铝合金，熔体，处理技术
一，概述
中国废铝回收利用高峰期即将来临，发展再生铝产业己成为我国铝工业发展的根本出路，可以从根木上实现铝工业可持续发展和节能减排。污染少、能耗低，有利于实现社会的可持续发展。再生铝与与原生铝相比其能耗不足原生铝的5%，减排97%以上，具有明显的环保优势与资源替代效应。目前，发达国家对再生铝的利用已超过60%，而我国只有22%，发展潜力非常大。
1 发展再生铝的必要性
1.1资源供需形势要求加快发展再生铝产业
截庄到2009年，我国铝土矿矿石储量7.5t，不足世界储量的2.8%，人均铝土矿占有量约50ok，,相当于全球人均水平的10%，2009年，国内铝金属产量为1300.万t,消费量为1234.7万t.，分别占世界总量的32.98%和33.02%。是世界上产量和消费量最多的国家。我国现有的铝资源不能满足我国经济发展的需要。而发展再生铝工业可以有效的在一定程度上缓解这方面的压力。
1.2 我国再生铝产业发展水平较低
自从1888年铝问世以来，世界上己经熔炼了8亿t铝。其中70%还在利用中。日前，全球每年约有1160万t废铝进行再生利用，占了全球铝市总需求量的40%，2009年，世界原铝产量3664.38万t，生再生铝产量790.75万t，再生铝产量为原铝产量的21.58%。我国是世界上原铝生产和消费国家。2009年我国精铝的产量和消耗量分别为1284.6万t和1444.58万t,再生铝产量为约9 8.8万t(表1)。同时，我国是世界上最大的废旧铝进口国家。
在工业程度比较发达的日本，.2007年，日本的原铝产量仅为6000t，而再生铝产量为114.53万t, 其再生铝产量占原铝产量的190倍，美国、德国、意大利和法国的再生铝量也分别是其原铝产量的1.52倍、1.52倍、3.85倍和0.47倍。
表12009年世界再生铝产量前十位国家再生铝占原铝比例情况
1.3发展再生铝产业是推进矿业领域循环经济的重要措施之一
铝金属具有性能稳定、耐腐蚀性强、熔炼铸造过程中烧损少的特点，是人类使用金属材料中仅次于钢铁的一种金属。日前，获取铝金属只有两种途：:一是直接开发铝土矿，提取铝金属；二是通过回收废铝，进行再利用。近年来，我国电解铝行业耗电占到了全国发电量的5%左右，节能减排压力巨大。再生铝具有能耗低、排放少、工艺流程简单等优异性能。我国每生产1t电解铝需耗氧化铝1.9t，而再生铝能耗仅为电解铝的3%。废弃物排放也减少95%以上，并可多次循环利用。避免沏青、烟尘、含氟气体和粉尘的污染(表
2)。据统计，我国再生铝所占比重每提高1个白分点，每年可节约铝矿石近100万t，节电近40亿度，节水250万立方米。
相反，如果对废铝不进行回收而遗弃，则会在大气中发生或多或少的腐蚀作用。如果再受到碱、海水、土壤等化工物质的接触，容易发生猛烈的化学反应，从而造成了对环境的污染。
表2单位电解铝与再生铝能耗及排放对比
2 发展再生铝业存在的问题
2.1 再生铝企业生产规模小，技术落后
我国共有再生铝企业数量超过2000家，是世界上再生铝企业最多的国家。但是，这些企业经营分散，生产成本较高，技术较发达国家比较落后。现在，我国大多数再生铝生产企业普遍采用普通的反射炉(燃油或燃气。.这种技术在熔炼过程中对金属烧损现象严重，特别是熔炼薄壁、废屑等废铝金属，烧损率高达10%，而国际上再生铝的烧损率只有3%~5%。多数小企业由于技术力量不足，对废铝的加工普遍采用混炼的生产方式，许多具有较高利用价值的废铝资源被降级使，.造成资源浪费和环境污染。
2.2缺乏相关废旧物资回收的法律体系
日前，关于废旧物资回收方面的税收优惠政策，我国出台了《财政部国家税务总局关于资源综合利用及其他产品增值税政策的通知》和《财政部、国家税务总局关于再生资源增值税政策通知》两项文，对符合条件的丙生资源回收经营企业实行一定比例的增值税退税政策，有利于再生资源回收行业的健康有序发展。
但与政策配套的相关法律国内只有《循环经济促进法》，远远不能对各种废旧物资回收、加工和生产的各个环节进行有效约束和管理，从而造成了对资源的浪费和环境的污染。世界上再生金属比较发达的日本，制定了《循环有效利用促进法》和《废弃物处理法》等6部法律，对消费各个环节产生废铝的回收都做了详细的规定，值得借鉴。
2.2 缺乏完善的废旧物资回收体系
我国再生铝产业现状不利于其健康发展，国内日前尚末形成独立的、全国或地区性的废铝回收机构和回收网络。收购废杂铝的个体户占主导地位，管理混乱，技术原始。不同品质、不同类型的废旧金属材料相互混杂。而且由于缺乏正规管理，废铝回收价格相差悬殊，导致了许多废铝被一些环保、技术不达标的小企业收购，造成资源浪费。
3 我国再生铝硅冶金质量现状分析
铝合金以其优异的性能被广泛运用于国民经济的各个行业，目前铝硅合金的生产主要有两种方：(一)原生铝熔炼配制合金； (二)废旧铝合金回收再利用。废铝再生利用能耗低，能耗只有原生铝生产的5%，回收实得率高，可以多次回收利用。而且再生铝生产投资小，收益期短，比原生铝配制生产铝硅合金具有很大的成本和能效优势。
3.1 我国再生铝生产工艺流程
常规优质再生铝工艺流程如图1所示。从图中可以看到，再生铝生产工艺流程中有三个中心环节：预处理工序、配料熔化工序、净化变质工序，这三个工序紧紧地与获得再生铝的冶金质量联系在一起。要获得优质再生铝就必须围绕着这三个中心环节，把握住影响冶金质量的基本要素。目前来看，我国的生产企业主要是中小型企业，随着人们质量意识的增强，这三个环节也越来越多地得到人们的重视，当然还应看到还有相当部分企业对此认识尚浮浅，为此，我们将主要从这三个中心环节着手逐个分析我国再生铝的冶金质量。
（1） 预处理
预处理的目的是使废铝按合金成分分类、去水、去油污油漆、去其他金属杂质。一般的工艺过程是：
(一)大件和切片，按成分分类→去除其它金属及嵌件→烘烧去油污油漆；(二) 粉状物与废碎料，分类→干燥去水→磁选、风选、抛物分选→焙烧； (三)易拉罐，切碎(→焙烧除漆)→压块。我国绝大多数企业基本上采用人工分选，先把易分选已知成分的大件和切片单独堆放，然后再将碎废铝进行人工分选。可以看到，有些小型企业在分选时，并没有考虑到回收废铝的合金成分组成，这样实际上就没有把好冶金质量的第一关，不仅会降低再生铝的品位，而且也浪费了资源。细小粉块状的废铝，由于不能很好的进行分选，成分组成复杂，不加处理就会在一定程度上影响了成品的化学成分，甚至导致整炉报废，因此在一般的情况下谨慎使用，最好是在打包压块并化验成分后使用。
废铝原材料的表面处理尤其是对含有油污和油漆的废铝(如易拉罐)的除污，是改善再生铝冶金质量的有效措施之一。我国大型企业在处理油污与油漆时常采用预热烘炉中实现除漆、除油及除水，而大多数再生小企业由于受到自身条件的限制，并没有除去废件表面的油污油漆的处理工序，大都是直接投炉，这既严重污染环境，又容易带氢和杂质进入熔池影响铝锭冶金质量。
预处理时严控水分，防止砂土、氧化夹杂、有机物质的带入，把握住废料的归类分选，并加大投入，提高预处理水平，实现预处理的规范化是当前我国再生铝生产所需解决的问题之一。
（2） 配料熔化
配料
配料指按生产产品的成分要求配制炉料。配料直接关系到能否生产出合格的产品。配料应遵循以下原则：以生产合格的产品为出发点，密切联系本厂的废铝和原料的存货，在已知库存原料及废料成分的前提下优化配制材料的比例。对合金成分范围要求窄的产品，我国企业通常的做法是纯铝锭+合金化原料(中间合金)+ 成分已知的废铝；对成分范围要求宽的产品，通常采用成分已知的废铝+合金化原料(中间合金)，在成分出现偏差时加适量的纯铝锭及中间合金。由于不同的合金元素合金化的方法有所不同，合金化硅时直接向合金中加入结晶硅、合金化铁和铜时，为了减少成本一般直接加铁片、铁丝或紫铜丝，他们来源广泛成本低廉，但它们的熔入时间长，熔入温度高，增加了能耗和铝液的烧损。并由于吸收率和加工工艺相 关，往往会导致Fe、Cu含量的波动，因此在对成分控制较严的合金锭生产中往往采用加入A1-Fe和A1-Cu中间合金的方法。实际上，不管是采用中间合金合金化，还是直接使用金属原料，不应只注重眼前利益，要根据成本效益比来综合评价，确定配制什么料。总之，配料时，避免配料错误、把住原材料质量、明确废铝成分，就确保了再生铝化学成分的第一关。
熔化
熔化是废铝和原料从固态向液态的转变过程，熔化时熔体与炉内气氛、炉体壁和其它固体相接触，会导致某些物质的熔入或渗入熔体，改变熔体的成分，进而影响再生铝的冶金质量。我国再生铝企业绝大多数使用熔化成本低的反射炉熔炼，少数大中型企业因特殊需求也配置一些电炉和感应炉。反射炉用燃油或煤气作为燃料，成本比电炉低，但在冶金质量的控制方面不如电炉。
（3）净化与变质
净化
再生铝锭的含气量及杂质含量直接影响合金铝的力学性能以及工艺性能。净化工序的主要任务是保证再生铝锭的含气量和杂质含量达到用户标准，确保再生铝锭的使用性能，精炼净化常采用大家熟
知的浮游法。目前我国企业使用的除渣剂、精炼剂一般以氯盐、硝酸盐主的精炼剂，这类精炼剂在处理过程中与铝发生反应而产生诸如A1C13,C12等有害气体，这类气体对环境设备及人身健康均带来损害。变质
铝硅合金的变质处理是为了改善合金中硅的形态，从而改善铝合金力学性能的工序。目前我国常用的变质剂有以下几种： (一)钠盐变质剂，属于短效变质剂，变质效果好变质失效也快。虽然钠盐能起到变质效果，但由于它破坏了熔液表面致密的氧化膜，导致铝液重新吸气氧化，恶化冶金质量，尤其是对ZL102。因此生产这类共晶铝合金锭时不主张使用短效变质剂。(二)普通长效变质剂，(1)锶(Sr)，常用A1-10%Sr和A1-14% Si-10%Sr中间合金。(2) 钡、啼、锑、钡虽对共晶型Al-Si合金具有长效变质效果，但不少试验证明，这些元素的变质效果受到冷却速率的很大影响，并且精炼剂、除渣剂会强烈降低钡等元素的变质效果。因而在再生铝生产中很少应用。(3)稀土类变质剂，稀土不仅能对硅相有变质作用，而且还在细化a-Al方面有明显的效果，实践还表明经稀土变质后具有变质效果的遗传性。可以看出，就以上三类变质剂相比而言，稀土变质剂变质效果好，并有一定的净化作用，还有利于环保，效果稳定，成本合算，是再生铝生产优先选用的变质剂。
4 再生铝其他处理技术
为了从根本上消除熔炼法带来的烧损、能耗高、步骤复杂、烟尘大等问题，埃及的Sauntel提出了铝废料一的回收再生新技术，该技术不经历熔炼阶段，新技术的工艺流程大体如下： 铝废料→细化成粉末→分离铁粒子→清洗→退火→冷压实→烧结→压延成品。新技术工艺简单，工序少，回收率高。Fogagnolo提出了通过热挤压的方式回收金属铝和铝基金属化介物的方法。该工艺在回收铝碎片时，在热挤之后接着行冷压或热压，对铝碎片直接回收，省去了将碎片变为粉末的碾磨工序。该工艺从经济上更为合理，且可以用在铝基化合物的回收上，在回收铝基化介物时，省去了强化相的分凝过程。
此外，英国布鲁内尔大学BOAST分院最近的工作显示，成熟强烈的切变熔融加工工艺熔化铝镁合金可形成半固态浆料，这种浆料刊模式:与个完全啮介和自擦拭螺杆在个准确控制温度的筒内共同旋转。螺杆有专门设计的剖而，以实现高剪切率、高强度的湍流以及所需的停留时间。熔炼条件有恒温和化学成分固定，密集的熔融剪切转换任何氧气粒子束和氧化膜进入精炼，剪切力使液态金属完全浸湿，形成恒定令人满意的分散颗粒。液态金属温度分布均匀恒定，所有的晶核不受破坏，一次关键的过冷却，贯穿整体液态金属的非均相成核条件。进料部分上的有连铸带需要的分布均匀恒定、精细完全的等轴的微观结构的组织成分，随后简单热加工获得高品质的板材。有高剪切处理半固态金属的常规辊连铸的多功能仪器设备，被称为双辊流变铸造(TRRC)。由于TRRC 可以允许有更高级别的杂质，尤其是铁，大大增加了回收报废车辆废一为双辊连铸原料一的机会，TRRC有可能成为生产高性能汽车薄板产品类似AA5754最有成本效益的方法。
参考文献：
[1]中国矿业第19卷，薛亚洲，张涛，郭艳红《我国再生铝产业发展的思考》。
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[3]大众科技2010年第十一期，傅长明《再生铝熔体处理技术》。
[4]轻金属冶金学，冶金工业出版社
[5]再生夜色金属生产，中南工业大学出版社，1991
